Tensió (electricitat)

Senyal de perill elèctric, comunament conegut com alta tensió elèctrica.

En física i ingenieria, concretament en electromagnetisme, la tensió o la diferència de potencial (també denominada voltage)^[1]^[2] és una magnitut física que quantifica la diferència de potencial elèctric entre dos punts. També es pot definir com el treball per unitat de càrrega eixercit pel camp elèctric sobre una partícula carregada per a moure-la entre dos posicions determinades. Es pot medir en un voltímetro.^[3] La seua unitat en el Sistema Internacional d'Unitats (SI) és el volt, usat com potència i corrent; a partir de 1990, es varen utilisar l'efecte Hall quàntic i l'efecte Josephson, i recentment (2019) es varen introduir constants físiques fonamentals per a la definició de totes les unitats SI i unitats derivades.^[4] ^{: Plantilla:R/where} La diferència de voltage o potencial elèctric es denota simbòlicament per $Δ V$ , simplificat en V,^[5] especialment en països de parla anglesa o internacional O,^[6] per eixemple, en el context dels Ohms o lleis de circuits de Kirchhoff.

La tensió entre dos punts $A$ i $B$ és independent del camí recorregut per la càrrega i depén exclusivament del potencial elèctric de dits punts $A$ i $B$ en el camp elèctric, que és un camp conservativo.

Si dos punts que tenen una diferència de potencial s'unixen per mig d'un conductor es produirà un fluix d'electrons. Part de la càrrega que crea el punt de major potencial es traslladarà a través del conductor al punt de menor potencial i, en absència d'una font externa (generador), esta corrent cessarà quan abdós punts igualen el seu potencial elèctric. Este trasllat de càrregues és lo que es coneix com corrent elèctrica.

Quan es parla sobre una diferència de potencial en un sol punt, o potencial, es referix a la diferència de potencial entre este punt i algun atre a on el potencial es definixca com zero.

En moltes ocasions, s'adopta com a potencial nul al de la terra.

Definició

L'unitat SI de treball per unitat de càrrega és el juliol per coulomb, a on 1 volt = 1 joule (de treball) per 1 coulomb (de càrrega). L'antiga definició de el SI per a volt utilisava potència i corrent; a partir de 1990, es varen utilisar el Hall quàntic i l'efecte Josephson, i en 2019 es varen donar valors definits a les constants físiques per a la definició de totes les unitats de el SI.^{: Plantilla:R/where} La diferència de tensió es denota simbòlicament per $Δ V$ , simplificat V,^[7] especialment en -països de parla anglesa, o per O internacionalment,^[8] per eixemple en el context de llei de Ohm o lleis de circuits de Kirchhoff.

El potencial electroquímic és el voltage que es pot medir directament en un voltímetro. El potencial de Galvani que existix en estructures en unions de materials disímiles és també treball per càrrega pero no pot medir-se en un voltímetro en el circuit extern.

La tensió es definix de modo que els objectes carregats negativament són atrets cap a tensions més altes, mentres que els objectes carregats positivament són atrets cap a tensions més baixes. Per lo tant, la corrent elèctrica en un cable o resistor sempre fluïx de major tensió a menor tensió.

Històricament, la tensió s'ha denominat en térmens com "tensió" i "pressió". Inclús hui en dia, el terme "tensió" se seguix utilisant, per eixemple, en la frase "alta tensió" (HT) que s'utilisa habitualment en l'electrònica basada en vàlvules termoiòniques (tubo de buit).

Electrostàtica

Archiu:Opfindelsernes bog3 fig282.png

El camp elèctric al voltant de la vareta eixercix una força sobre la bola de mèdula carregada, en un electroscope

Archiu:Electrostatic definition of voltage.svg

En un camp estàtic, el treball és independent de la trayectòria

.

Artícul principal → Potencial elèctricElectrostàtica.

En electrostàtica, l'aument de tensió des del punt $𝐫_{A}$ fins a algun punt $𝐫_{B}$ ve dau pel canvi en potencial electrostàtic. $V$ des de $𝐫_{A}$ fins a $𝐫_{B}$ . Per definició,^[9]^{: Plantilla:R/where} açò és:

\begin{matrix} Δ V_{A B} & = V (𝐫_{B}) - V (𝐫_{A}) \\ = - \int_{𝐫_{0}}^{𝐫_{B}} 𝐄 \cdot d ℓ - (- \int_{𝐫_{0}}^{𝐫_{A}} 𝐄 \cdot d ℓ) \\ = - \int_{𝐫_{A}}^{𝐫_{B}} 𝐄 \cdot d ℓ \end{matrix}

a on $𝐄$ és l'intensitat del camp elèctric.

En este cas, l'aument de tensió del punt A a el punt B és igual al treball realisat per unitat de càrrega, en contra del camp elèctric, per a moure la càrrega d'a B sense causar cap acceleració.^[9]<^{: Plantilla:R/where} Matemàticament, açò s'expressa com l'integral de llínea del camp elèctric a lo llarc d'eixa trayectòria. En electrostàtica, esta integral de llínea és independent de la trayectòria presa.^[9]^{: Plantilla:R/where}

Segons esta definició, qualsevol circuit en el que existixquen camps magnètics variables en el temps, com AC, no tindrà una tensió ben definida entre els nodos del circuit, ya que la força elèctrica no és una força conservativa en eixos casos.^{[note 1]} No obstant, a freqüències més baixes, quan els camps elèctric i magnètic no canvien ràpidament, açò pot despreciar-se (vore aproximació electrostàtica).

Electrodinàmica

Artícul principal → Potencial elèctricGeneralisació a l'electrodinàmica.

El potencial elèctric pot generalisar-se a l'electrodinàmica, de modo que les diferències de potencial elèctric entre punts estan ben definides inclús en presència de camps variables en el temps. No obstant, a diferència de l'electrostàtica, el camp elèctric ya no pot expressar-se només en térmens del potencial elèctric.^[9]^{: Plantilla:R/where} Ademés, el potencial ya no està determinat unívocamente fins a una constant, i pot prendre formes significativament diferents depenent de l'elecció de gauge. ^{[note 2]}^[9]^{: Plantilla:R/where}

En este cas general, alguns autors^[10] utilisen la paraula "tensió" per a referir-se a l'integral de llínea del camp elèctric, en lloc de les diferències de potencial elèctric. En este cas, l'aument de tensió a lo llarc d'algun camí $𝒫$ de $𝐫_{A}$ a $𝐫_{B}$ està donat per:

Analogia hidràulica

Sol usar-se una analogia per a entendre de forma senzilla i intuïtiva els conceptes bàsics d'electricitat. Se supon un camí tancat de canonades en forma de círcul, compost per:

Aigua: Són els electrons que es mouen per a fer algun treball.
Bomba propulsora d'aigua: En l'equivalent elèctric seria la font de tensió, que eixercix pressió sobre els electrons (aigua). Si la bomba està apagada no fluïx aigua o electrons. Si la bomba està encesa hi ha una diferència de pressió (tensió) que mou l'aigua (electrons).
Zona de la canonada molt estreta. L'aigua tindrà dificultats per a passar per una canonada estreta. És l'equivalent a la resistència elèctrica, que impedix el pas d'electrons.

En el cas d'existir un potencial elèctric en $A$ diferent al del punt $B$ , es diu diferència de potencial a $V_{a} - V_{b} = Δ V$ . Si $V_{a}$ és major que $V_{b}$ s'establirà un camp elèctric que mourà els electrons des del punt $A$ cap a el $B$ . Com el camp elèctric és conservativo deu existir un camí tancat des del punt $A$ a el $B$ per a que es produïxca fluix elèctric i treball en la càrrega.^[11]

Referències

↑ Diccionario de la lengua española
↑ Lévy, Élie (2004). «Voltage.» Diccionari de física. Edicions AKAL. ISBN 978-84-460-1255-9. En Google Books.
↑ Burbano de Ercilla, Santiago i Carlos Gracía Muñoz Física general. En Google Books.
↑ Bureau international Dones poids et mesures.Consultat el 20 de juliol de 2023.
↑ IEV: electric potential
↑ IEV: voltage
↑ IEV: potencial elèctric [1] archivat en Wayback Machine.
↑ IEV: electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=121-11-27 voltage [2] archivat en Wayback Machine.
↑ ^9,0 ^9,1 ^9,2 ^9,3 ^9,4 Griffiths, David J. (1999). Introduction to Electrodynamics, 3rd edició, Prentice Hall. ISBN 013805326X.
↑ (2013) Foundations of Electrodynamics, Dover Publications, pp. 126. ISBN 978-0-486-49703-7.
↑ «Reformes». Archivat des d'el original, el 5 d'octubre de 2016. Consultat el 3 d'octubre de 2016.

Este artícul conté una traducció derivada de «Tensión (electricidad)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

Erro en la cita: Existixen etiquetes <ref> per a un grup nomenat "note", pero no es trobà una etiqueta <references group="note"/>

[1] Diccionario de la lengua española

[2] Lévy, Élie (2004). «Voltage.» Diccionari de física. Edicions AKAL. ISBN 978-84-460-1255-9. En Google Books.

[3] Burbano de Ercilla, Santiago i Carlos Gracía Muñoz Física general. En Google Books.

[4] Bureau international Dones poids et mesures.Consultat el 20 de juliol de 2023.

[5] IEV: electric potential

[6] IEV: voltage

[7] IEV: potencial elèctric [1] archivat en Wayback Machine.

[8] IEV: electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=121-11-27 voltage [2] archivat en Wayback Machine.

[:1-9] 9,0 ^9,1 ^9,2 ^9,3 ^9,4 Griffiths, David J. (1999). Introduction to Electrodynamics, 3rd edició, Prentice Hall. ISBN 013805326X.

[12] (2013) Foundations of Electrodynamics, Dover Publications, pp. 126. ISBN 978-0-486-49703-7.

[13] «Reformes». Archivat des d'el original, el 5 d'octubre de 2016. Consultat el 3 d'octubre de 2016.

[1]

[2]

[3]

[4]

Plantilla:R/where

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[note 1]

[note 2]

[10]

[11]